Покриття поверхні друкованих плат

Що таке поверхнева обробка PCB?

Покриття поверхні друкованих плат є основним етапом післяопрацювання у виробництві друкованих плат. Це означає нанесення рівного та щільного функціонального покриття на поверхню шару чистої міді друкованої плати за допомогою хімічних, фізичних або електрохімічних методів. Його основна функція полягає у вирішенні проблем, пов'язаних зі схильністю чистої міді до окиснення та поганої зварюваності, а також у відповідності до вимог продуктивності різних сценаріїв застосування. Це ключовий етап, що забезпечує надійність зварювання, термін служби та електричні характеристики друкованих плат.

Основна мета

• Захист від окиснення та корозії: Оголонене мідне покриття, яке потрапляє у контакт з повітрям та вологістю, схильне до окиснення з утворенням оксиду міді, що призводить до відмов під час паяння та погіршення електричних характеристик. Шари поверхневої обробки ізолюють мідний шар від зовнішнього середовища, подовжуючи термін зберігання та експлуатації друкованих плат.

• Покращена надійність паяння: Покриття має володіти хорошою змочуваністю, щоб зменшити ризик утворення холодних та хибних паяних з'єднань, особливо підходячи для вимог до паяння прецизійних компонентів, таких як 03015 та QFP у технології SMT.

• Гарантовані електричні характеристики: Деякі покриття можуть знижувати перехідний опір і покращувати стабільність передачі сигналу, відповідаючи вимогам високочастотних та швидкісних кіл.

• Адаптація до спеціальних умов: Індивідуальний захист забезпечується для середовищ із високими температурою, вологістю та високими вимогами до чистоти.

Поширені типи поверхневої обробки

Переваги процесу поверхневої обробки Kingfield

• Контроль якості на всьому протязі процесу: Від сировини до готової продукції відповідає стандартам IPC-6012 та ISO9001;

• Індивідуальні рішення: Рекомендуємо оптимальне рішення щодо обробки залежно від потреб клієнта, підтримуємо індивідуальне нанесення спеціальних покриттів;

• Відповідність екологічним вимогам: Усі процеси відповідають екологічним вимогам RoHS та REACH, не містять свинцю та галогенів, сумісні з екологічними стандартами галузей високого рівня, таких як медична та автомобільна.

Процеси поверхневої обробки для різних типів друкованих плат

Обробка поверхні друкованих плат є ключовим етапом післявиробничої обробки при виготовленні незмонтованих плат. Вона полягає у створенні функціонального покриття на мідному шарі за допомогою хімічних, фізичних або електрохімічних методів. Цей процес в основному вирішує проблеми окиснення відкритої міді та недостатньої надійності паяння, а також адаптується до вимог щодо продуктивності в різних сценаріях застосування. Нижче наведено глибокий аналіз основних процесів:

HASL – вигідний варіант

Принцип процесу： Незащитну друковану плату занурюють у розплавлений припій, а зайвий припій зчищають за допомогою гарячого повітря під високим тиском, формуючи рівномірне припійне покриття на поверхні мідного шару. Після охолодження воно затвердіває і набуває форми.

Основні параметри：

Товщина покриття: 5-25 мкм;

Температура паяння: 235-245 °C для традиційних сплавів олова зі свинцем, 250-260 °C для безсвинцевих сплавів;

Термін зберігання: 6-12 місяців за звичайних умов;

Екологічні стандарти: традиційні моделі з вмістом свинцю не відповідають вимогам RoHS, безсвинцеві моделі відповідають RoHS/REACH.

Основні особливості

Переваги: низька вартість, відпрацьований процес, висока сумісність з паянням, гарна зносостійкість.

Обмеження: середня рівність поверхні, не підходить для компонентів з дрібним кроком; високотемпературна обробка безсвинцевих друкованих плат може призводити до незначної деформації основи друкованої плати.

Типові застосування： Побутова електроніка, загальне промислове обладнання, силові модулі, недорогі медичні пристрої.

ENIG – Найкращий вибір для високоточних високопродуктивних рішень

1. Принцип процесу

Метод хімічного осадження використовується для спочатку утворення бар'єрного шару сплаву нікель-фосфор на поверхні мідного шару, а потім нанесення тонкого шару золота. Увесь процес відбувається без використання електрики, покриття має високу рівномірність

2. Основні параметри

• Товщина нікелевого шару: 5-10 мкм, товщина шару золота: 0,05-1,0 мкм

• Шорсткість поверхні: Ra<0,1 мкм

• Термін зберігання: 12-24 місяці у запечатаному та сухому середовищі

• Стійкість до корозії : Випробування на соляному тумані ≥96 годин (промисловий клас), ≥144 годин (військовий клас)

3. Основні особливості

Переваги: Гладка поверхня (підходить для прецизійних компонентів, таких як BGA та QFP), відмінна електропровідність, висока стійкість до окиснення/корозії, підходить для високочастотних кіл, дозволяє багаторазове паяння та вставляння/витягування.

Обмеження: Вищі витрати, надмірно товсті шари золота можуть призводити до «крихкості золота», вимагають високого рівня контролю процесу.

4. Типові застосування Високотехнологічне зв'язкове обладнання (5G базові станції, оптичні модулі), медичне обладнання (вентилятори, кардіографи), автомобільна електроніка, вироби аерокосмічної галузі та прецизійні модулі промислової автоматики.

III. OSP – Рішення для високощільних екологічних умов.

1. Принцип процесу

Шляхом хімічного адсорбування на поверхні чистої міді утворюється надтонка органічна плівка, яка ізолює її від повітря та вологи. Під час паяння плівка розкладається при високих температурах, не впливаючи на змочування припою.

2. Основні параметри

Товщина покриття: 0,2-0,5 мкм;

Температура паяння: ≤260℃;

Термін придатності: 6-12 місяців у сухому, герметичному середовищі (вологість > 60% може призвести до виходу з ладу);

Екологічні стандарти: Без важких металів та галогенів, відповідає вимогам RoHS/REACH/IPC-J-STD-004.

3. Основні особливості

Переваги: Екологічний процес, помірна вартість, рівна поверхня, не впливає на відведення тепла з друкованої плати, після паяння немає залишків.

Обмеження: Помірна стійкість до температур, високі вимоги до умов зберігання, нестійка до тертя.

4. Типові застосування Смартфони, планшети, ноутбуки, IoT-пристрої, високощільні друковані плати (багатошарові плати, HDI-плати)

IV. Іммерсійне срібло – один із найкращих варіантів для високочастотних та середнього й високого класу продуктів

1. Принцип процесу：

Чисте срібне покриття осідає на поверхні шару міді через реакцію заміщення. Електрики не потрібно, і шар срібла є рівномірним і щільним, має чудову провідність і здатність до паяння.

2. Основні параметри

• Товщина шару срібла: 0,8-2,0 мкм

• Шорсткість поверхні: Ra < 0,15 мкм

• Термін зберігання: 6-9 місяців у вакуумній упаковці

• Провідність: Контактний опір < 3 мОм

3. Основні особливості

Переваги: Низькі втрати при передачі сигналу, гарна змочуваність під час паяння, нижча вартість у порівнянні з ENIG, без вмісту свинцю та галогенів, екологічно чистий матеріал, висока рівність поверхні.

Обмеження: Шар срібла схильний до окиснення, стійкість до корозії трохи гірша, ніж у ENIG, під час паяння потрібен контроль температури.

4. Типові застосування: Базові станції зв'язку, маршрутизатори, комутатори, модулі промислової автоматики, вимірювальні прилади та споживча електроніка середнього та високого рівня.

V. Олово погружением – рішення, сумісне з дрібним кроком

1. Принцип процесу

Чисте олов'яне покриття наноситься на поверхню мідного шару за допомогою реакції заміщення. Шар олова має подібний до припою матеріал, чудово сумісний під час паяння, і може безпосередньо утворювати надійні паяні з'єднання без додаткової обробки.

2. Основні параметри

Товщина шару олова: 1,0–3,0 мкм;

Шершавість поверхні: Ra<0,15 мкм;

Термін придатності: 6–9 місяців у герметичному середовищі;

Температура паяння: 240-255℃

3. Основні особливості

Переваги: Гладка поверхня, стабільна продуктивність паяння, безсвинцеве та екологічне, нижча вартість порівняно з ENIG/сріблом погружением, гнучкіші вимоги до зберігання.

Обмеження: М'який шар припою, схильний до подряпин, може утворювати «олов'яні вусики» в умовах тривалого високого температурного навантаження.

4. Типові застосування Автомобільна електроніка, промислові датчики, розумні пристрої для домашнього використання, середні та високоякісні друковані плати

VI. Порівняльна таблиця основних відмінностей у масових процесах